ESTUDO PARA O APROVEITAMENTO ECONÔMICO DA LAMA-ARGILOSA GERADA NO BENEFICIAMENTO DE AREIA INDUSTRIAL

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1 ESTUDO PARA O APROVEITAMENTO ECONÔMICO DA LAMA-ARGILOSA GERADA NO BENEFICIAMENTO DE AREIA INDUSTRIAL JOEL MARTINS DOS SANTOS (SENAI) joel.martins@pr.senai.br Eliane Jorge dos Santos (SENAI) eliane.santos@pr.senai.br ivanir Luiz de Oliveira (UTFPR) ivanir@utfpr.edu.br Thiago Henrique Ribeiro (UTFPR) thiagoribeiro1984@yahoo.com.br MARCIO CHEM BANIK (SENAI) marciobanik@gmail.com A produção de areia industrial a partir do beneficiamento de areia quartzosa, proveniente das rochas quartzito e arenito, utiliza processos de britagem, moagem, atrição em tambor rotativo (trommel), classificação por peneiramento e via ciclones. Tal processo produtivo gera grande quantidade de lama-argilosa, que pode representar até 20 em massa do minério. Esse material é originário da retirada de impurezas e de frações sem utilização econômica, bem como da classificação das areias em varias faixas granulométricas. Seu volume total torna-se bastante significativo e, consequentemente, seu manuseio e disposição final geram problemas técnicos, ambientais e econômicos para as empresas produtoras de areia industrial. O objetivo deste trabalho foi avaliar as possibilidades e condições para a produção de caulim, com aplicação no segmento cerâmico, a partir do rejeito de uma planta de beneficiamento de areia industrial na região de Campo Largo Paraná. Neste sentido foram desenvolvidos estudos de caracterização tecnológica e ensaios de beneficiamento em escala de bancada em uma amostra representativa da lama-argilosa atualmente produzida. O trabalho investigou as características químicas, mineralógicas e granulométricas deste rejeito. Também foram realizados ensaios experimentais para avaliar as respostas aos processos de atrição em tamboramento e separação magnética de alta intensidade via úmida. Os resultados obtidos na atrição e separação magnética mostraram uma recuperação de caulim de cerca de 15,89 com baixa variação no teor de Fe2O3. Verificou-se que o material não magnético obtido apresenta características físicas e mineralógicas semelhantes aquelas das matérias-primas cerâmicas convencionais utilizadas pelo mercado. Palavras-chave: reciclagem, resíduo de areia, bloco cerâmico

2 Estudo para o aproveitamento econômico da lama-argilosa gerada no beneficiamento de areia industrial 1. Introdução Segundo Ferreira & Daitx (2000 b), areia industrial é definida como material de granulometria variada, composto essencialmente de sílica e que passou por um processo de beneficiamento. Elas são constituídas essencialmente de quartzo, cujas principais impurezas são óxidos de ferro, minerais pesados e argilas. As areias industriais apresentam grande variabilidade em termos de propriedades físicas e composição química. São matérias primas minerais de origem secundária e aquelas de melhor qualidade industrial foram produzidas a partir de sedimentos arenosos, arenitos e quartzitos que sofreram concentração através de vários ciclos de deposição e erosão (Luz e Lins, 2008). Ferreira (1995) apud Ferreira & Daitx (2003) elucidam que o beneficiamento do material arenoso possui como objetivo a retirada de impurezas e de frações sem utilização econômica e a classificação das areias em várias faixas granulométricas adequadas às suas diversas aplicações industriais. O principal material a ser separado corresponde à fração sílticoargilosa, indesejável por conter diversas impurezas que não propiciam sua utilização em diversos setores, tais como a indústria de vidros e a fabricação de moldes de fundição. Essa fração síltico-argilosa, que pode representar até 20 do minério, é descartada em lagoas de decantação, por não possuir ainda um aproveitamento econômico, e representa um dos principais problemas ambientais em todas as minerações de areia industrial. De acordo com dados do Departamento Nacional de Produção Mineral DNPM, o Brasil possui uma reserva lavrável superior a 1,2 bilhões de toneladas de areias industriais, e produziu cerca de 5,7 milhões de toneladas no ano de O Paraná por sua vez possui reservas lavráveis da ordem de 22 milhões de toneladas e produziu cerca de toneladas no mesmo ano.(dnpm, 2010). De acordo com Ferreira & Daitx (2003), a produção de areia industrial no Paraná concentra-se no município de Campo Largo e provém principalmente da lavra de quartzitos friáveis. O minério apresenta granulação fina, e após passar por etapas de beneficiamento, apresenta as 2

3 características de areia industrial, com amplo uso na indústria cerâmica local e de outros Estados. O município de Campo Largo situa-se a cerca de 30 km de Curitiba. Possui reservas lavráveis da ordem de 11 milhões de toneladas e nele se situam as principais empresas de mineração de areia industrial do estado paranaense. De forma geral, a lavra do minério na região é realizada a céu aberto, em bancadas, com desmonte mecânico. O carregamento é feito por meio de carregadeiras e o transporte do minério com caminhões. O beneficiamento abrange as etapas de britagem, moagem e classificação da areia industrial (Ferreira & Daitx, 2003). Ainda segundo os autores, a lavagem e a classificação por hidrociclones visam à remoção da fração fina prejudicial ao processo de produção de vidros especiais ou molde de fundição por conter alumínio, ferro e álcalis. Essa fração argilosa representa 20 da areia processada e normalmente é descartada para lagoas, que gera impactos ambientais. O aproveitamento dos finos, gerados nas operações de beneficiamento de areia, como carga mineral na indústria de cerâmica vermelha e branca reduz a quantidade de rejeitos a serem descartados em aterros e barragens, além de minimizar a extração de matérias primas para a fabricação destes cerâmicos. Sob a ótica dos impactos ambientais, tal prática permite o uso de materiais que, quando dispostos de forma irregular, acarretam problemas ambientais, principalmente na malha urbana, tais como assoreamento de rios, entupimento de bueiros, esgotamento de áreas de aterro. Além disso, em termos econômicos, diminui os gastos com disposição de resíduos e permite o aproveitamento dos finos gerados nas operações de beneficiamento da areia como carga mineral. Com tudo isso, o objetivo do presente trabalho é caracterizar o rejeito do processo de produção de areia industrial, avaliando seu aproveitamento econômico na indústria cerâmica. Para isso realizou-se ensaios de beneficiamento em uma amostra da alimentação da planta, com o intuito de se adquirir o rejeito, quantificando-o e caracterizando-o quimicamente e mineralogicamente. 1.1 Justificativa O processo de beneficiamento de quartzito e arenito para a produção de areia industrial gera lama-argilosa que é depositada em lagoas de decantação. Esta lama, por ainda não possuir um aproveitamento econômico, gera um grande passivo ambiental para as minerações que a 3

4 produzem. Porém, algumas das características desta lama, revelam potencialidades à sua utilização industrial. Dentre essas características destacam-se a granulometria e composição mineralógica bem definida. Sendo assim, o presente estudo visa a caracterização dessa lama-argilosa com o intuito de avaliar seu aproveitamento econômico como carga mineral na indústria de cerâmica. 2. Materiais e métodos de análises O estudo foi realizado em uma amostra do município de Campo Largo Paraná, que possui um parque de produção de areia industrial em franco crescimento. Além disso, a região possui diversas empresas no setor de cerâmica e está previsto a construção de uma empresa vidreira, o que coloca a região em destaque no cenário nacional. O trabalho teve início com visitas a uma empresa produtora de areia industrial, a partir de quartzitos e arenitos. Investigou-se o processo de extração e beneficiamento dessas rochas com o intuito de avaliar as possibilidades e condições para recuperação de caulim do rejeito argiloso, oriundo das etapas de beneficiamento, para aplicação no segmento cerâmico. Para obtenção do rejeito, realizaram-se estudos de caracterização tecnológica e ensaios de beneficiamento, em escala de bancada, em uma amostra representativa da alimentação da planta de beneficiamento de areia industrial. O fluxograma 1 sumariza esses ensaios. No rejeito (fração menor que 45 µm) realizaram-se ensaios de separação magnética com o intuito de se retirar a fração ferromagnética e paramagnética. Em sequência, a fração não magnética foi submetida à fluorescência de Raios-X para avaliar sua composição química e mineralógica e potencial para uso na indústria cerâmica. 4

5 Figura 1 - Fluxograma 2.1 Amostragem do material A amostra com cerca de 60 kg do material no seu estado natural, aqui denominado de tal qual, foi obtida a partir de amostragens sequenciais realizadas na correia transportadora de alimentação da planta de beneficiamento de areia industrial. Na coleta das amostras foi utilizado um amostrador manual. Após a coleta, as amostras foram identificadas e acondicionadas em sacos reforçados com aproximadamente 15 kg cada. A figura 2 mostra o material tal qual. Figura 2 Amostra de material coletado tal qual 5

6 2.2 Procedimento de Homogeneização e quarteamento material As amostras individuais foram agrupadas e homogeneizadas pelo método de pilha alongada (LUZ; SAMPAIO; ALMEIDA, 2004). O material foi depositado sobre uma lona em camadas sucessivas no formato de uma fileira. A cada camada concluída iniciava-se uma nova camada ao final da anterior e assim sucessivamente, até se obter a pilha. Uma vez finalizada, o material das pontas da pilha foi retirado e colocado novamente sobre a mesma. Assim, obteve-se uma pilha homogênea e com uma espessura uniforme. A Figura 3 mostra a pilha alongada obtida. Após a operação anterior, realizou-se o corte transversal da pilha para obtenção de uma amostra de menor tamanho, com cerca de 15 kg, porém igualmente representativa. Tal amostra foi deixada em temperatura ambiente a fim de se reduzir a umidade da mesma a uma faixa inferior a 1. Em laboratório, esta foi novamente homogeneizada e submetida a novo quarteamento com um quarteador Solo Test, obtendo-se 3 amostras com aproximadamente 5 kg de massa cada. Figura 3 Pilha alongada do material tal qual Figura 4 - Material utilizado para ensaios de beneficiamento 2.3 Ensaios de beneficimento Ensaios de atrição e deslamagem do material Os ensaios de atrição e deslamagem foram desenvolvidos em escala de bancada, com uma aliquota de cerca de 5 kg em massa do material tal qual, utilizando um tambor rotativo e um Hidrociclone CIMAG do Laboratório de Tecnologia Mineral do SENAI - Ponta Grossa. 6

7 Tais ensaios foram realizados inicialmente com silicato de sódio e hidróxido de sódio, com variações nas concentrações, tempo de residência e porcentagem de sólidos. A melhor condição de atrição para remoção das argilas e limpeza da superfície dos grãos foi: 58 de sólidos na polpa; 750 rpm de velocidade do tambor 180 g/t de NaOH na atrição; 30 minutos de residência; Deslamagem em micro ciclone com corte aproximado em 45μm. A etapa de atricionamento e deslamagem geraram dois produtos, uma fração superior a 45µm e uma inferior a 45µm. Estas foram secas em estufa a 110 C durante 24 horas, reservadas em sacos plásticos, e pesadas utilizando uma balança marca GEHAKA modelo BG Análise granulométrica do material Para determinar a distribuição granulométrica da fração ( μm + 45 μm), utilizou-se um peneirador mecânico vibratório circular suspenso, modelo Solo Test, do Laboratório de Tecnologia Mineral do SENAI Ponta Grossa, com rotação de 40 rpm, sendo o tempo de peneiramento de 30 minutos. As peneiras utilizadas foram de abertura de: 45μm, 149 μm, 300 μm, 600 μm, 1200 μm e 2400 μm, resultando em 6 frações granulométricas. Para facilitar a identificação das amostras, a seguinte nomenclatura foi utilizada: FG que significa fração grossa, seguida de um número que representa a faixa granulométrica a que pertence à amostra. Sendo FG1 para a faixa mais fina (< 45μm), FG2 para a seguinte (> 45μm < 149 μm), e assim sucessivamente até FG6 que representa a faixa granulométrica mais grossa (> 2400 μm). Uma vez separadas as 6 frações granulométricas, cada uma foi reservada em sacos plásticos e pesadas utilizando uma balança marca GEHAKA modelo BG

8 Mesh (μm) XXXV ENCONTRO NACIONAL DE ENGENHARIA DE PRODUCAO Tabela 1 - Denominação das amostras da distribuição granulométrica FG 6 FG 5 FG 4 FG 3 FG 2 FG Ensaio de Separação eletromagnética do material A fração de material inferior 45µm obtida na classificação por hidrociclonagem com aproximadamente 5 KG, foi utilizada para a separação eletromagnética com o objetivo de retirar materiais ferrosos. Para isto utilizou-se um separador eletromagnético via úmida tipo L-4 Inbrás do Laboratório de Tecnologia Mineral do SENAI-PG. As condições operacionais foram; matriz quadrada de 5mm tipo Q-5 e equipamento operando a Gauss na condição open Gap. Os produtos obtidos: não magnéticos e magnéticos foram secados a 110ºC, durante 24 horas e reservado em sacos plásticos, e cada um foi pesado utilizando uma balança marca Gehaka modelo Fluorescência de raios-x do material O ensaio de fluorescência de raios-x (FRX) foi realizado com o objetivo de determinar os elementos presente na fração de material inferior a 45µm não magnético. Enquanto que a fração magnética representando menos de 2 em peso do material ensaiado foi arquivada. Foi determinada por espectrometria de fluorescência de raios-x e espectrometria de absorção atômica. Ensaio realizado segundo as normas: PR-CC-097, PR-CC-098 e PR-CC-103, realizaram-se análises para determinação dos principais óxidos (SiO2, Al2O3, TiO2, CaO, MgO, Na2O, K2O). Tais análises foram efetuadas pelo Centro de Tecnologia em Materiais (CTMAT) SENAI-SC 3 Resultados e discussão 3.1 Caracterização do Material 8

9 3.1.1 Recuperação de massa obtida no teste de tamboramento A recuperação de massa desta rota de beneficiamento foi de 84,11 da massa inicial alimentada. Vide detalhes na tabela de n 2 pode-se observar que 14,18 do material beneficiado está abaixo de a 45µm. A fina granulometria constatada pela tabela n 02, coloca este compatível com utilização dos pós minerais em diversos segmentos industriais, tais como: a) argamassa neutralizantes devido a granulometria b) matéria-prima cerâmica de revestimento(principalmente pisos) devido à cor, c) carga minerais diversas. Tabela 2: Recuperação de massa no teste de tamboramento Tal Qual Atrição por tamboramento Caulim + 45µm Caulim - 45µm 100,00 84,11 15,89 Fonte: autoria própria Composição Granulométrica do material obtida no teste de tamboramento A Tabela 3 apresenta a composição de massa do material superior 45µm obtido no ensaio de separação de partículas por Hidrociclone. O ensaio de granulometria do material atricionado foi realizado segundo a norma ABNT NBR 248:2003, mais adequada para caracterização de areias industriais. Os resultados permitem classificar este produto como fina, com 15,89 passante em 45µm. Conclui-se que a atrição por tamboramento no tempo de residência de 1 hora foi o suficiente para se obter a desintegração dos torrões de argila e remover satisfatoriamente as impregnações de materiais argilosos da fração superior 45µm. Tabela 3. Partição granulométrica da amostra atricionada Abertura Material atricionado no tambor Mesh µm Retido Acima Abaixo 4# ,00 0,00 100,00 8# ,36 0,36 99,64 14# ,33 1,69 97,95 28# 600 5,56 7,25 90,70 48# ,69 22,94 67,76 100# ,39 52,33 15,43 325# 45 31,78 84,11 15,89 Fundo 15,89 100,00 0,00 Total 100,00 9

10 Fonte: autoria própria Ensaio de separação magnética do resíduo A tabela 4 apresenta os resultados da separação magnética, na qual se verificou que o material não magnético representa 98,75 em massa da fração inferior a 45µm, e que em relação à amostra total de 15,89 tabela 3, a recuperação foi de 15,69 conforme tabela 4. A fração de material magnético representa 1,25 e em relação a recuperação em percentual 0,81 retido na malha magnética é de 1,25 em massa da amostra. Conforme mostra a tabela 4. O produto obtido é apresentado na Figura 5. Tabela 4. Tabela 3 Recuperação do produto não magnético e magnético em relação à alimentação Fração Produto Distribuição () Recuperação () - (45µm) Não Magnético 98,75 15,69 Magnético 1,25 0,81 Fonte: autoria própria Figura 5 Produto da separação magnética 3.2 Composição química do produto atricionado e da separação magnética As composições químicas dos materiais são dadas na Tabela 5. Verifica-se que o material estudado é constituído basicamente por SiO2, Al2O3. O processo de separação magnética foi efetivo na redução dos teores de ferro e aumentando a concentrção de óxidos de quartzo. Estes óxidos são importantes nas formulações de massas cerâmicas. Atuam como agentes fundentes ajudando a sinterização das peças cerâmicas. Os óxidos alcalinos são provenientes principalmente dos feldspatos e micas presentes no material. 10

11 Tabela 5. Composição química da amostra atricionada e separação magnética Produto SiO2 TiO2 Al2O3 Fe2O3 MnO MgO CaO Na2O K2O P2O5 PF Atricionado 47,59 2,47 36,59 0,29 <0,05 <0,05 <0,05 0,09 0, ,14 Não Mag 49,55 3,40 34,35 0,22 <0,05 <0,05 <0,05 0,06 0,67 0,07 11,56 4 Conclusões Os resultados obtidos nestes ensaios de caracterização granulométrica, mineralógica, química e nos ensaios exploratórios de beneficiamento mostram que a partir do rejeito lama-argilosa é possível, gerar concentrados de quartzo, alumino, e de feldspato com especificações compatíveis com os utilizados pelos principais segmentos cerâmicos. Estes produtos, notadamente o alumínio, quartzo feldspato, irão gerar uma significativa agregação de valor ao produto atualmente descartado em barragens de decantação. A facilidade de separação da fração magnética cujas principais fases cristalinas presentes são sílicas, aluminas e feldspatos e, além disso, o resíduo tem composição química rica em agentes (K2O, Na2O e Al2O3), importante como matéria-prima para indústria da cerâmica. Referências FERREIRA, G.C., DAITX, E.C. Características e especificações da areia industrial. Geociências, São Paulo, v.19, n.2, p , 2000 b. FERREIRA, G.C. & DAITX, E.C. A mineração de areia industrial na Região Sul do Brasil. Ouro Preto, REM Revista da Escola de Minas, v. 56, n. 1, p , LUZ, A. B.; LINS, F. A. F. Rochas & Minerais Industriais: usos e especificações. 2 Ed. Rio de Janeiro: CETEM/MCT, p. 11

12 DNPM - DEPARTAMENTO NACIONAL DA PRODUÇÃO MINERAL. Anuário Mineral Brasileiro. Brasília: DNPM, v.35, 12